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都市河川における堤防決壊防止対策 Countermeasure Recommendations for Embankment Breakdowns
峰 五郎
Mine Goro 世界では、地球温暖化による異常気象や人口増加により、経験のない規模の災害が多発している。我が国は、都市部の急速な発展投資と人口集中に比べて、災害防止に対する社会資本投資が十分とは言えない。 特に都市河川堤防は、洪水により決壊した場合、莫大な被害が発生する。公共投資効果からも、何物にも優先して都市部堤防の決壊防止対策をとる必要があると考え、その対策について述べる。 All around the world, due to the
changes caused by global warming such as abnormal weather and population
increases, disasters of a scale that we have never experienced before are
occurring frequently. Comparing
the rapid development of city areas to the population concentration, I cannot
say that our country has sufficient public funds invested for disaster
prevention. Especially in the
case of a breakdown of the city river embankment due to a flood, enormous
damages will occur. As for the effect on public investment funds, I think the
need for countermeasures for the city river embankment breakdowns has to be
placed as top priority; therefore, I will talk about these countermeasures. |
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１．はじめに 急峻な河川、毎年上陸する台風、多発する集中豪雨、頻発する地震、等災害要因の多い我が国は、人口の５０％、資産の７５％が河の氾濫原に在り、社会資本と人口の都市集中により発展してきた。 ２０１０年９月１日にNHK「首都水没」で放送された通り、都市は、地下街、地下鉄、地下高速道路、地下駐車場、等地下化、電気化が急激に進み、洪水による被害が甚大となる。番組での広域避難は、時間的余裕のある大型台風の場合、狭い日本ではアメリカ「ハリケーン・グスタフ」の様には行かず、避難途中のリスク、避難先での被災リスクが大きい。時間的余裕のない集中豪雨の場合、狭い道路、冠水による車の渋滞、洪水流、弱者、等避難途中のリスクが大きく、不可能である。 我が国の土木技術は、黒部ダム、関門海峡トンネル、青函トンネル、本四架橋等、ダム、高速道路、新幹線、下水道工事、堤内の集中豪雨に対する対策として地下排水・調整池トンネルの施工等と目覚しい進展を遂げてきた。それに比べて大規模な洪水災害を防ぐはずの都市河川堤防は、どのようになっているのであろうか。河川内の高水敷の公園が整備され、低水敷水際の樹木が大きくなり、所々で堤防に隣接したマンション（スーパー堤防）が見えるだけでほとんど変化していない。 国土交通省は、河川堤防の調査結果を２００６年度末で「国が管理する堤防の内、計画高水位まで増水すると３７％が浸透決壊の危険性がある。」（越流決壊、洗掘決壊対象外）と発表した。 越流した場合、盛土形状の堤防は、スーパー堤防部以外のほとんどが短時間で決壊する。 ２００５年は、集中豪雨や台風の上陸により全国各地で水害、土砂災害が多く発生した。アメリカでは、ハリケーン「カトリーナ」による災害で死者１３００人以上、救援・復興費用が約２０兆円と言われている。中国では、台風による洪水で約６００人以上が死亡し、約４４００万人が被災して経済的損失が３０００億円と報道されている。以上を踏まえて、日本の堤防の歴史、現状、決壊の原因、対策（私案）について記す。 ２．堤防の歴史 日本の河川堤防は、淀川の茨田の堤より、千年以上をかけて決壊、復旧、引堤、放水路築造を繰り返し現在に至っている。 堤防に使用される材料は、工費・工期・材料の確保、沈下・震災・決壊等に対する復旧、嵩上げ・拡幅が容易との理由で千年前と同じ河川周囲から調達する土砂である。（現在の河川管理施設等構造令：盛土による堤防の材料は、原則として近隣において得られる土の中から堤体材料として適当なものを選定する。「解説」施工現場付近のものを利用することが望ましい。） 場所によっては、千年前から積上げられた堤防の上に現在の堤防がある。昔は、人力でモッコ等により運搬、盛土を行い、５０年前でもトロッコによる盛土を行っていた。その部分は、十分な締固めがなされたとは言えない盛土である。近年の盛土は、ダンプトラック、ブルドーザー、バックホウ、転圧ローラー等大型機械の普及により、締固め、及び締固め管理がされている。そこに使用される土砂は、付近の山土砂で最大密度に近い含水比状態で掘削、運搬、盛土転圧を行って来た。しかし、最近、ゼロエミッションで建設発生土砂（一部水に弱いシルトを多く含む）と再生砕石を混合して堤防補強に使用し、一部不安定な盛土を行っている。 越流洪水に対して決壊し難いスーパー堤防は、事業仕分けで指摘された通り、１９８７年に事業が始まり、１９９１年に河川法が改正され法的に位置づけられたが計画延長約８００kmの内、２００４年までに約４７kmしか整備されておらず、１７年間で６％であり、これでは完成までに何百年もかかる。 ３．現状の施策 国土交通省は、豪雨災害対策の基本方針を、 １) 各行政機関が自ら行う情報提供、地域で実施する水防活動等に関する施策が必要である。（ハザードマップを交付する。自然の外力は、施設能力を超える可能性が常にあることを踏まえて備える必要がある。堤防の決壊は、水のエネルギーも大きく、水位上昇も急激で多くの人命、財産を失うので、このような急激に拡大する災害現象の対策が必要である。） ２）少子高齢化、共働き社会での弱者の警戒避難体制の確立が必要である。 ３）地域の災害時の共助体制が脆弱になってきているので、共助体制の再構築が必要である。（避難勧告の発令の遅れ、発令されても避難しない住民が多数に上り、災害時に的確な認識や行動がなされるような仕組みが必要である。） ４）地下鉄、地下街等、地下空間の浸水に対する防御と的確な避難誘導体制の構築が必要である。 としている。 現在の決壊防止浸透対策工法としては、 １)
断面拡大工法（腹付け）｛図１｝ 川表法面には、難透水性、川裏には透水性土砂を盛土して、浸透経路の延長を図り、動水勾配及び法勾配を緩くし、すべり安定性の向上を図る。 |
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欠点 ① 難透水性土砂の背面の地下水面が堤体天端や川裏法面からの降雨の浸透で上昇することから洪水時の浸潤面上昇が速くなる。 ② 洪水後の水位低下時に難透水性土砂の背面水圧で表法面が崩壊する。 ２)
ドレーン工法｛図２｝ 川裏法尻を透水性の高い材料に置き換え、フィルター材により堤体内の土粒子の流出を抑制し、堤体内の浸潤面を下げて堤体せん断力の低下を抑制する。ドレーン材は、せん断強度の大きい単粒砕石を使用し、すべり安定性の向上を図る。 |
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欠点 ① 川表法面を遮水処理（遮水シート、難透水性土砂腹付け盛土等）しないと川表からの浸透経路が短くなり、ドレーン施工時のフィルター材の欠損部（ラップ部の隙間、ドレーン材投入時の損傷）への水みちが発達して逆効果となる。 ３)
表法面被覆工法｛図３｝ 表法面を難透水性材料（土質材料又は人工材料）で被覆することで、河川水の堤体への浸透、及び天端からの降雨浸透を抑え、堤体せん断力の低下を抑制する。 |
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欠点 ① 被覆背面の地下水面が堤体天端や川裏法面からの降雨の浸透で上昇することから洪水時の浸潤面上昇が速くなる。 ② 洪水後の水位低下時に被覆背面水圧で表法面が崩壊する。 ③ 基礎地盤が透水層の場合、洪水時に堤体下からの浸透水で浸潤面の上昇が速くなる。 |
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４)
断面拡大工法（押え盛土）｛図４｝ 川裏法面に押え盛土を行い、浸透経路の延長を図り、川裏法尻部の基礎地盤からの浸透圧に抵抗する。 |
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欠点 ① 難透水性土砂の背面の地下水面が堤体天端や川表法面からの降雨の浸透で上昇することから洪水時の浸潤面上昇が速くなり川裏法が軟弱化して崩壊する。 |
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５）川表遮水工法｛図５｝ 川表法尻に止水矢板等の遮水壁を設置し、基礎地盤への浸透水や水圧を低減する。 |
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欠点 ① 基礎地盤の遮水であり、堤体の遮水ではない。 |
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６）ブランケット工法｛図６｝ 高水敷を難透水性材料で被覆し、浸透経路を延長させ法尻周辺の浸透圧を低減する。 |
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欠点 ① 基礎地盤が透水層の場合に低水路とつながっており、高水敷の流水の遮断ができても基礎地盤の水みちを流れる水を遮断できない。 |
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等が行われている。 現在、我が国では、堤防補強として川裏に拡幅用地が確保できない為、川表に腹付け盛土を行い、盛土に建設発生土と再生砕石を混合して細粒分を多くした難透水土を使用し、法面に侵食防止マットの敷設とその上に植生、或は盛土に透水性混合土を使用し、法面に遮水シート、その上にシートの押さえと植生用覆土のずれ止め用ブロックの敷設、その上に覆土と植生等が行われている。しかし、これらの堤防補強は、洗掘、浸透に対する補強である。越流に対しては、洪水前の降雨により堤体の地下水面が上昇し、増水時に浸潤面の上昇が速くなることから逆効果ともなる。 ４．堤防決壊の要因 堤防決壊は、１) 堤防の浸食、２) パイピング、３)
浸透、４) 越流、以上の「４つの原因で発生する」と言われている。しかしこれらの原因は、別々に作用するものではない。例えば、前線を台風が刺激して長雨が続き、その後に台風が上陸した場合、浸透水により堤体内の浸潤面が上がり、法面からの降雨の浸透により堤体が飽和状態となり、川裏法尻からの湧水、法面崩壊、パイピング、ボイリングにより浸透決壊が始まる。低水路につながる透水係数の大きな堤防基礎地盤から洪水高さに被圧された地下水が堤内の表土の薄い箇所に噴出し、ボイリングが発生する。ボイリングで浮き上がった土砂を越流水（泥土を含んだ比重の高い濁水で動エネルギーを持っている。）が洗掘すると瞬く間に堤防が決壊し、堤防部に洗掘水路、及び落堀が発生する。落堀は、堤防復旧時の障害となる。 堤防は、経年とともに機能が低下する。 １）堤体上に降った雨は、浸透して法尻に向かって水みちを形成する。 ２）長年の増水の繰り返しにより堤体内、及び基礎地盤に水みちを形成する。 ３）堤防の嵩上げ、基礎地盤の地下水位の低下、交通による載荷・振動等により、地盤沈下が発生・進行し、地質・載荷履歴・基礎地盤の層厚の違い、構造物との境に隙間が発生・進行する。 ４）法面の植生は、洪水の侵食に強い築堤時の芝から１０年程度で侵食に弱い、又は根の深い有害な雑草へと遷移する。 都市河川の堤防は、嵩上げを繰り返し、堤内地と堤防天端の高低差が６～９ｍとなっている。洪水の動エネルギーと位置エネルギーを考えると堤防の決壊は、ダムの決壊と同様の破壊力を持っている。アースダムの構造は、堤体の遮水（コア、遮水壁、土の締固め）、基礎地盤のカーテングラウト等の遮水処理、ダム裏法面の張り石、張りブロック等による保護処理、ダム表法面の水位上下に対する崩壊防止護岸工が施工されている。 ５．堤防決壊対策（私案） １）技術概要 堤体芯にコアとして遮水連続柱列壁を築造する。 ２）概要 既設河川堤体中心部を地中障害物に対応できる全回転式オールケーシングで掘削し、掘削土を利用した遮水セメント改良体を打設して、自立性の高い地中連続柱列壁を造成し、決壊しにくい堤体をつくる。 ３）内容｛図７、図８｝ ① 全回転式オールケーシングφ1500を使用する。 ② 改良円形単柱をラップさせることで連続壁を築造する。 ③ 改良体は、増水時に基礎地盤からパイピングの発生しない長さとする。 ④ 改良体は、強度を２～５Ｎ／mm2程度にコントロールし、地下水流で拡散しないブリージング０に近い配合とする。 |
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４）特徴 ① 全回転式オールケーシングは、地中障害物（玉石、転石、捨石、流木）に対応でき、連続した地中壁が築造できる。 ② 掘削土を改良体に使用することで残土の発生を抑えることができる。 ③ 改良体の強度を２～５N／mm2程度にコントロールすることにより、施工の能率、作業性を高め、補強、補修、継ぎ足しを可能にする。 ④ 遮水性が高い。 （改良体は、不分離剤を添加し、オールケーシングにより、固化する前の地下水流による改良材の拡散を防止できる。） ⑤ 水中でも均一な地中壁を築造できる。 （掘削土、セメント、添加剤、水の配合を管理してブリージングが０に近い改良体を製造し、トレミー管により打設する。高圧噴射攪拌改良、攪拌翼、オーガ等による地中連続壁は、改良材の拡散、逸走、玉石・転石・捨石・流木等地中障害物、掘削壁面崩壊等により品質が不均等となる。） ⑥ 周囲地盤を緩めない。 （改良体を打設しながらケーシング抜くことから周囲地盤と一体となり、緩まない。） ⑦ 現状の堤体天端で作業ができる。 （全回転式の機械高さは、３～４ｍと低く、機械幅が3.55～4.3mである。） ⑧ スーパー堤防に比べて工事費が安い。 （スーパー堤防の工事費は、２００４年までに完成した延長４７kmで総額４千９百億円、１千万円／ｍ掛かっている。今後は、２～３千万円／ｍ掛かるものと考えられている。全回転式オールケーシングによる連続柱列壁の工事費は、１５０万円／ｍ以下である。） ５）効果 ① 堤防用地の拡幅買収がいらない。（遮水により浸潤面が上がらないので浸透水による法尻崩壊を防ぎ、法尻擁壁の築造・嵩上げや裏法面を急勾配にでき、堤体の嵩上げも可能である。） ② 増水時の浸透、及び越流による堤防決壊に抵抗できる。 〇 連続柱列壁には、強度と自立性があり、在来の堤防の決壊状況のように堤体部がえぐられて洗掘水路、落堀とならない。 〇 堤体の遮水により、水みちを塞ぎ、洪水高さに被圧された浸透水と越流水の合流によって短時間に決壊するのを防ぐことができる。 〇 基礎地盤の遮水により、透水層から洪水高さに被圧された地下水流と越流水の合流により短時間に決壊するのを防ぐことができる。 ③ 現状で連続に施工が可能でスーパー堤防のように未施工部の決壊に対する弱点をつくらない。 ④ 事前調査がほとんどいらない。（全回転式オールケーシングは、地中障害物に強く、流木、転石、玉石に影響されない） ６）考察 堤防は、豪雨により決壊するものだという考えが一般的である。堤体に芯があり決壊しても堤体の高さの1/2が残っていれば、土砂・ヘドロの堤内地への流入が少なくなり、洪水後に短時間で堤内水位を下げることが可能で、短期間での堤防復旧も可能となる。アメリカのハリケーンによる災害のように数日、数十日、家が冠水すると家屋は使えなくなる。 「蟻の穴から堤も崩れる。」（わずかな油断や不注意が大事を招くことがある。）のたとえの様に都市河川の堤防は、築造の履歴が古く、延長の長い連続した構造物である。その一部に欠陥があっても決壊し、被害が拡大する。水に弱い土砂堤防の欠陥は、常に変化し、いくら調査を行っても探し出せるものではない。管理された強度のある連続した構造物（遮水壁）を築造する必要がある。 ６．おわりに 近畿の大和川では、２００７年７月１７日梅雨前線の影響で集中豪雨が発生し、計画高水位を超えている。豪雨が短時間であったことから被害はほとんど発生しなかったが、この増水で確実に堤防に緩みが発生している。都市河川堤防の決壊は間近にある。 国は、機械化されていない時代の河川法改正（１９６４年）の「堤体材料は土砂」を引き摺り堤防内部の強化を考えていない。技術提案は門前払いである。河川学の先生方もできもしない「スーパー堤防部の高さを低くする」「越水補強堤防を設ける」「遊水地を設ける」等を主張している。 都市堤防決壊の減災への近道は、進化した工法で堤防を強化することを「河川法の無意味な文章を基本の文章のように表現して検討・対策しない恣意的不行使の国ではなく」社会に訴える方法しかない。 |
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＜参考文献＞ １）国土交通省河川局ホームページ
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